利用简单序列重复区间（ISSR）和序列相关扩增多态性（SRAP）技术对野生芭蕉种系的遗传分化进行研究

《South African Journal of Botany》：Genetic differentiation of wild Musa accessions using inter-simple sequence repeat and sequence-related amplified polymorphism

　　

Thejavitsu Noah Vupru|Chitta Ranjan Deb

摘要

本研究利用简单序列重复（ISSR）和序列相关扩增多态性（SRAP）标记，评估了来自印度那加兰德地区的8种野生芭蕉（Musa）种质的遗传分化情况。表型特征分析显示了显著的形态差异，尤其是细长型种质（如Musa velutina，具有两性花）与粗壮型种质（如M. balbisiana, M. nagensium，具有下垂的花序）之间的差异。这些发现强调了遗传异质性的重要性，这对于有效的种质保存和利用至关重要。ISSR分析产生了82.9%的多态性条带，平均多态性信息含量（PIC）为0.379；而SRAP标记则产生了93条可评分的条带，PIC为72.04%。这种高水平的多态性，特别是来自有效引物UCB826和UCB873的结果，反映了那加兰德地区野生芭蕉种群的预期杂交特性和生态分化。基于平均Jaccard相似度的未加权Pair Group Method with Arithmetic Mean聚类将种质分为不同的遗传组，这些组大致对应于它们的植物学分类和内部子房解剖结构。通过ISSR和SRAP标记量化的遗传多样性表明，那加兰德地区的野生芭蕉种质具有丰富的变异储备。这些结果确定了独特的基因型，例如光滑种子的M. nagensium和多毛果实的M. velutina，作为重要的遗传资源，可用于保护和未来的育种计划。

引言

香蕉和芭蕉（Musa属）是全球重要的农作物，为热带和亚热带地区的数亿人提供食物保障和生计。然而，全球商业香蕉产业依赖于极其狭窄的遗传基础。Musa物种的遗传多样性主要来源于两个野生祖先Musa acuminata（A基因组）和Musa balbisiana（B基因组）之间的古老杂交事件，随后经历了多倍化和无性繁殖。这种有限的遗传多样性严重削弱了栽培香蕉的适应性，使它们容易受到气候变化和黑Sigatoka病以及热带4号Fusarium枯萎病等毁灭性疾病的侵袭（Drenth和Kema，2021年）。

相比之下，野生Musa物种代表了重要的、未开发的遗传多样性资源。这些种群含有抗病性、非生物胁迫耐受性和现代育种所需的重要发育性状的关键基因。保护这种内在的遗传多样性对于培育具有抗性的“未来香蕉”至关重要。有效管理这种多样性需要互补的分子工具和传统的形态学特征分析。由于环境可塑性，表型分析可能不可靠。分子方法对于揭示由随机突变、遗传重组和遗传漂变等进化力量驱动的DNA水平变异至关重要（Frankham等人，2010年）。

在可用的分子工具中，简单序列重复（ISSR）和序列相关扩增多态性（SRAP）是高效且互补的标记系统。ISSR标记扩增微卫星重复序列之间的区域，从而提供整个基因组范围内的中性遗传多样性的稳健估计（Zietkiewicz等人，1994年）。它们因高重复性和在Musa中明确基因组群关系的能力而受到青睐（Atom等人，2017年；Pachuau等人，2014年）。相反，SRAP标记针对富含基因的开放阅读框（ORFs），使其非常适合识别与适应性或农艺性状相关的多态性（Li和Quiros，2001年）。由于这种以基因为中心的焦点，SRAP在密切相关的基因型之间通常提供更高的分辨率（Robarts和Wolfe，2014年）；但当结合使用时，它们可以为全面的多样性分析提供协同框架（Soraisham等人，2025年）。

印度-缅甸地区被公认为Musa起源和多样性的主要中心。位于东喜马拉雅走廊交汇处的那加兰德地区支持着多种野生种质，包括Musa aurantiaca Baker、M. balbisiana Colla、Musa cheesmanii N.W.Simmonds、Musa flaviflora N.W.Simmonds、Musa itinerans Cheesman、Musa laterita Cheesman、Musa manii Baker、Musa markkuana（M.Sabu, A.Joe & Sreej.）Hareesh, A.Joe & M.Sabu、Musa nagesium Prain、Musa sikkimensis Kurz、Musa velutina H.Wendl. & Drude以及当地重要的Musa nagalandiana S. Dey & Gogoi（Dey等人，2014年；Deb等人，2023年）。尽管这些分类单元在假茎颜色和果实方向等性状上表现出相当大的形态变异，但由于自然杂交，鉴定往往较为复杂。

因此，分子特征分析对于准确界定物种边界和识别不同的进化单元是不可或缺的。这一点尤为重要，因为那加兰德地区正面临森林砍伐和轮作（Jhum）导致的栖息地破碎化，这威胁着这些遗传资源的丧失。尽管有全基因组测序技术，但像ISSR和SRAP这样的成本效益高的标记仍然是数据稀缺地区进行详细遗传组织估计的最可行工具（D’Hont等人，2012年；Busche等人，2019年）。

本研究旨在利用ISSR和SRAP标记的互补优势，评估那加兰德地区野生Musa种质的遗传分化。具体目标是：1）使用ISSR和SRAP标记评估野生Musa种质的遗传分化和多样性；2）推断野生Musa种群的遗传结构，并将其与地理和生态因素（如海拔、河岸走廊）相关联；3）识别具有高水平私有等位基因的独特遗传谱系或种群，这些谱系作为重要的适应潜力储备，为基于证据的保护策略提供指导，并促进其在全球香蕉育种计划中的利用。通过将分子遗传学与经典分类学和生态数据相结合，本研究旨在揭示那加兰德野生香蕉的隐藏遗传遗产，将其转化为可操作的知识，以可持续地增强和建立全球Musa基因库的长期适应性。

章节摘录

研究区域和样本收集

本研究调查了从印度东北部那加兰德地区收集的8种野生Musa种质的遗传分化情况。该地区位于北纬25°06′–27°04′和东经93°20′–95°15′之间，地形多样性显著。研究区域的海拔范围从山谷中的平均海平面以上340米到最高峰的约3840米不等。

系统性的样本收集在2018年至2025年间进行，涵盖了多样的

结果

使用两种不同的分子标记系统——ISSR和SRAP——以及对所有8个种质的表型分析，对那加兰德地区的8种野生Musa种质的遗传分化进行了评估。这两种标记类型均有效揭示了研究种群内的显著遗传变异，为种质的整体适应潜力提供了互补的见解。

那加兰德地区Musa种质的表型差异

对那加兰德地区野生Musa物种的表型分析显示了有助于系统分类的明显形态“分界点”。在子房的内部形态中发现了一个基本的分类分界：如M. itinerans和M. balbisiana等物种具有四排胚珠，而M. flaviflora, M. cheesmanii, M. nagalandiana和M. nagensium只有两排胚珠。繁殖策略的差异进一步区分了这些分类单元；

结论

研究表明，那加兰德的野生Musa种质是一个遗传上异质且分类上多样的资源。观察到的多样性反映了这些物种的适应潜力。分子聚类与收集地的不同农业生态区之间的强烈一致性表明，这些种质经历了特定地点的自然选择。

资金支持

本研究得到了印度新德里的MoEF&CC（通过NMHS项目，项目编号：NMHS/2017-18/MG-20/555）和DBT（通过高级机构生物技术中心，项目编号：BT/NER/143/SP43280/2021）对C. R. Deb教授的财政支持。

作者声明

所有作者声明不存在利益冲突。所有作者均已阅读并批准手稿，并同意提交至‘SAJB’。

数据可用性

本研究期间生成和/或分析的数据集可根据合理请求从相应作者处获取。

CRediT作者贡献声明

Thejavitsu Noah Vupru：撰写——原始草稿、可视化、验证、调查、正式分析、数据管理。Chitta Ranjan Deb：撰写——审稿与编辑、验证、监督、项目管理、方法学、资金获取、正式分析、概念化。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文所述工作的财务利益或个人关系。

致谢

本研究得到了印度新德里的MoEF&CC（通过NMHS项目，项目编号：NMHS/2017-18/MG-20/555）和印度新德里科学技术部资助的高级机构生物技术中心（项目编号：BT/NER/143/SP43280/2021）对C. R. Deb教授的财政支持。同时，也感谢UGC-SAP(DRS-III)和DST-FIST项目的支持。